Via er en av de viktige komponentene i flerlags PCB, og kostnadene for boring utgjør vanligvis 30% til 40% av kostnadene for PCB-kortet. Enkelt sagt kan hvert hull på PCB kalles en Via.
Det grunnleggende konseptet med VIA:
Fra funksjonens synspunkt kan VIA deles inn i to kategorier: den ene brukes som en elektrisk forbindelse mellom lagene, og den andre brukes som en fiksing eller plassering av enheten. Hvis fra prosessen, er disse hullene generelt delt inn i tre kategorier, nemlig blinde hull, begravde hull og gjennom hull.
Blinde hull er plassert på topp- og bunnoverflatene på det trykte kretskortet og har en viss dybde for tilkobling av overflatekretsen og den indre kretsen nedenfor, og dybden på hullene overstiger vanligvis ikke et visst forhold (blenderåpning).
Det nedgravde hullet refererer til tilkoblingshullet som ligger i det indre laget av det trykte kretskortet, som ikke strekker seg til overflaten av brettet. Ovennevnte to typer hull er plassert i det indre laget av kretskortet, som er fullført av gjennomgående hullstøpsprosess før laminering, og flere indre lag kan overlappes under dannelsen av gjennomgående hull.
Den tredje typen kalles gjennom hull, som passerer gjennom hele kretskortet og kan brukes til å oppnå intern sammenkobling eller som installasjonsposisjonshull for komponenter. Fordi gjennomgående hull er lettere å oppnå i prosessen og kostnadene er lavere, bruker de aller fleste trykte kretskort det, i stedet for de to andre gjennom hullene. Følgende hull, uten spesielle instruksjoner, anses som gjennom hull.
Fra et design synspunkt er en VIA hovedsakelig sammensatt av to deler, den ene er midten av borehullet, og den andre er sveiseputeområdet rundt borehullet. Størrelsen på disse to delene bestemmer størrelsen på Via.
I høyhastighets PCB-design med høy hastighet vil designerne alltid ha hullet så lite som mulig, slik at mer ledningsplass kan være igjen, i tillegg, desto mindre Via, er dens egen parasittiske kapasitans mindre, mer egnet for høyhastighetskretser.
Imidlertid gir reduksjonen av Via -størrelsen også en økning i kostnadene, og størrelsen på hullet kan ikke reduseres på ubestemt tid, det er begrenset av boring og elektroplateringsteknologi: jo mindre hullet, jo lenger boringen tar, jo lettere er det å avvike fra sentrum; Når dybden på hullet er mer enn 6 ganger diameteren på hullet, er det umulig å sikre at hullveggen kan være jevnt belagt med kobber.
For eksempel, hvis tykkelsen (gjennom hulldybden) til et normalt 6-lags PCB-kort er 50 millioner, kan den minste borediameteren som PCB-produsenter kan gi under normale forhold bare nå 8 millioner. Med utviklingen av laserboringsteknologi kan størrelsen på boringen også være mindre og mindre, og diameteren på hullet er generelt mindre enn eller lik 6 mil, vi kalles mikrohull.
Mikrohull brukes ofte i HDI (høy tetthet sammenkoblingsstruktur) design, og mikrohullsteknologi kan tillate hullet å bli direkte boret på puten, noe som forbedrer kretsytelsen og sparer ledningsplassen. Via vises som et bruddpunkt for impedans diskontinuitet på overføringslinjen, noe som forårsaker en refleksjon av signalet. Generelt er den ekvivalente impedansen til hullet omtrent 12% lavere enn overføringslinjen, for eksempel vil impedansen til en 50 ohms transmisjonslinje reduseres med 6 ohm når den passerer gjennom hullet (spesifikt og størrelsen på Via, platetykkelsen er også relatert, ikke en absolutt reduksjon).
Imidlertid er refleksjonen forårsaket av impedans diskontinuiteten via veldig liten, og refleksjonskoeffisienten er bare:
(44-50)/(44 + 50) = 0,06
Problemene som oppstår fra VIA er mer konsentrert om effekten av parasittisk kapasitans og induktans.
Via's parasittiske kapasitans og induktans
Det er en parasittisk forvillet kapasitans i VIA -en. Hvis diameteren til loddemotstandssonen på det leggede laget er D2, er diameteren på loddeputen d1, tykkelsen på PCB -kortet er T, og den dielektriske konstanten til underlaget er ε, er den parasittiske kapasitansen til gjennomgående hull omtrent:
C = 1.41εtd1/(D2-D1)
Hovedeffekten av den parasittiske kapasitansen på kretsen er å forlenge stigningstiden for signalet og redusere hastigheten på kretsen.
For eksempel, for en PCB med en tykkelse på 50mil, hvis diameteren på Via Pad er 20mil (diameteren på borehullet er 10mils) og diameteren til loddemotstandssonen er 40mil, så kan vi tilnærme den parasittiske kapasiteten til VIA av ovennevnte formel:
C = 1.41x4.4x0.050x0.020/(0.040-0.020) = 0.31pf
Mengden av stigningstidsendring forårsaket av denne delen av kapasitansen er omtrent:
T10-90 = 2,2C (Z0/2) = 2,2x0,31x (50/2) = 17,05ps
Det kan sees fra disse verdiene at selv om bruken av økningen forsinkelse forårsaket av den parasittiske kapasitansen til en enkelt Via ikke er veldig åpenbar, hvis Via brukes flere ganger i linjen for å bytte mellom lag, vil flere hull brukes, og designen bør vurderes nøye. I den faktiske utformingen kan den parasittiske kapasitansen reduseres ved å øke avstanden mellom hullet og kobberområdet (anti-PAD) eller redusere diameteren på puten.
I utformingen av høyhastighets digitale kretsløp er skaden forårsaket av den parasittiske induktansen ofte større enn påvirkningen av den parasittiske kapasitansen. Den parasittiske serienes induktans vil svekke bidraget fra bypass -kondensatoren og svekke filtreringseffektiviteten til hele kraftsystemet.
Vi kan bruke følgende empiriske formel for å bare beregne den parasittiske induktansen til en gjennomgangs-tilnærming:
L = 5,08H [LN (4H/D) +1]
Der L refererer til induktansen av VIA, er H lengden på VIA, og D er diameteren på det sentrale hullet. Det kan sees fra formelen at diameteren på Via har liten innflytelse på induktansen, mens lengden på VIA har størst innflytelse på induktansen. Fortsatt ved å bruke eksemplet ovenfor, kan den out-of-hole induktansen beregnes som:
L = 5.08x0.050 [LN (4x0.050/0.010) +1] = 1.015NH
Hvis stigningstiden for signalet er 1ns, er dens ekvivalente impedansstørrelse:
XL = πl/T10-90 = 3,19Ω
Slik impedans kan ikke ignoreres i nærvær av høyfrekvent strøm gjennom, spesielt, merk at bypass-kondensatoren må passere gjennom to hull når du kobler til kraftlaget og formasjonen, slik at den parasittiske induktansen til hullet blir multiplisert.
Hvordan bruke Via?
Gjennom den ovennevnte analysen av de parasittiske egenskapene til hullet, kan vi se at i høyhastighets PCB-design gir tilsynelatende enkle hull store negative effekter på utformingen av kretsen. For å redusere bivirkningene forårsaket av den parasittiske effekten av hullet, kan designen være så langt som mulig:
Fra de to aspektene ved kostnads- og signalkvalitet, velg en rimelig størrelse på via størrelse. Om nødvendig kan du vurdere å bruke forskjellige størrelser på vias, for eksempel for strømforsyning eller jordstrådhull, du kan vurdere å bruke en større størrelse for å redusere impedansen, og for signalledninger kan du bruke en mindre Via. Når størrelsen på Via reduseres, vil selvfølgelig også de tilsvarende kostnadene øke
De to formlene omtalt ovenfor kan konkluderes med at bruken av et tynnere PCB -kort bidrar til å redusere de to parasittiske parametrene til VIA
Signalledningen på PCB -brettet skal ikke endres så langt som mulig, det vil si, prøv å ikke bruke unødvendige vias.
Vias må bores inn i pinnene i strømforsyningen og bakken. Jo kortere ledningen mellom pinnene og viasene, jo bedre. Flere hull kan bores parallelt for å redusere den ekvivalente induktansen.
Plasser noen jordede hull i nærheten av gjennomgangene av signalendringen for å gi den nærmeste sløyfen for signalet. Du kan til og med plassere noen overflødig bakkehull på PCB -brettet.
For høyhastighets PCB-brett med høy tetthet, kan du vurdere å bruke mikrohull.